組合梁斜拉橋多節(jié)段連續(xù)吊裝施工方法分析

陳軍

（重慶市大足區(qū)交通局，重慶 400999）

組合梁斜拉橋施工過程復雜、工藝要求較高，施工工法對成橋線形及受力狀態(tài)影響較大。近年來，國內修建的組合梁斜拉橋大多采用單節(jié)段連續(xù)吊裝施工技術，逐段吊裝、逐段澆筑濕接縫混凝土。不同節(jié)段主梁連續(xù)吊裝施工方法下橋面板濕接縫澆筑時間不同，施工過程中橋面板和鋼主梁應力狀態(tài)以及成橋后線形及內力均存在差異。為縮短工期、提升工效，必須在確保結構安全、成橋狀態(tài)合理的基礎上選擇合理的主梁連續(xù)吊裝施工方法。

一、工程概況

某雙塔整幅組合梁斜拉橋跨徑為75m+80m+350m+80m+75m，在二邊跨處設有輔助橋墩,以空間索面型式布設斜拉索。并采取半漂浮約束支撐系統(tǒng),橫向抗風性支坐與豎向支座中心均設置在索塔和過渡橋墩、輔助墩橋墩頂部。鋼主橋為分離式雙邊箱扁平鋼板橋組合橋梁型式,風嘴布置于鋼主橋外面。橋面板采用高剪力強度螺栓與鋼板泵管的聯(lián)合承載，索塔塔身為鉆石形設計。主梁及索塔上的斜拉索分別通過鋼錨箱和鋼錨梁錨固，張拉端在塔端。

該組合梁斜拉橋原采用單節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案，但是這種單節(jié)段施工進度慢，無法滿足橋梁通航時間要求。為此，應考慮兩節(jié)段和三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案的可行性。

二、施工方案

當前國內組合梁主要采用預制橋面板和鋼主梁，現場吊裝，不同的組合梁斜拉橋施工方案所對應的濕接縫澆筑時間、預應力張拉時機以及斜拉索張拉次數不盡相同[1]，相應的施工工藝繁簡程度和工效也不同。鑒于該組合梁斜拉橋主橋采取的是較為特殊上部結構形式，為保證合龍目標如期完成，上部梁段所有的安裝任務應當在8個月內完成。為此，在設計階段展開對鋼主梁安裝方案的比選。

該橋梁梁段中主塔塔下采用浮吊支架拼裝，其余的過渡墩和輔助墩墩頂梁段也采用同樣處理方式，為避免以上處理侵占主線工期，必須保證浮吊支架拼裝施工任務提前完成，基于此，本文僅展開橋面吊機拼裝工效的比較。具體情況見表1～表3。由表可知，在展開單節(jié)段組合梁吊裝及張拉施工的過程中，單個梁段所需要的施工時間約為13.5d；如果同時吊裝兩個節(jié)段，則兩個梁段吊裝所需要的時間共為19d，將該時間平攤至單個梁段后，所用時間僅為9.5d/梁段；三節(jié)段吊裝時，所需要的時間共為24.5d，將該時間平攤至單個梁段，則所用時間更短，僅為8d/梁段；斜拉橋主梁吊裝期間，預應力張拉壓漿及等強、濕接縫澆筑及等強兩個施工階段所耗費的時間基本一致且均較長，通過縮短這兩項施工步驟，可大大縮短工期、提升工效。經過比較，該斜拉橋最終選用施工時間最短、工效最高的三節(jié)段連續(xù)吊裝張拉施工方案。

表1 組合梁斜拉橋主梁單節(jié)段吊裝張拉

表2 組合梁斜拉橋主梁兩節(jié)段吊裝張拉

表3 組合梁斜拉橋主梁三節(jié)段吊裝張拉

在該組合梁斜拉橋采用了本文所推薦的三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案后，所對應的主梁安裝方式主要有橋面吊機對稱懸拼和浮吊支架拼裝兩種，必須根據工程實際及相關規(guī)范予以確定。在三節(jié)段連續(xù)吊裝施工開始后，首先進行同步展開塔和梁施工，包括塔下支架搭設、安裝橋面吊機、安裝主梁浮吊拼裝機等在內的環(huán)節(jié)必須在主塔塔冠合龍前完成；待塔冠合龍后，便隨即展開橋面吊機懸拼；此后，在持續(xù)懸拼過程中，必須確保將過渡墩和輔助墩墩頂浮吊拼裝節(jié)段及相關的施工任務早于設計要求而完成。

三、受力分析

施工方法調整后，各節(jié)段受力狀態(tài)可能發(fā)生改變，為此必須進行施工過程中主梁受力變化的分析。采用MIDAS/Civil空間有限元軟件進行該組合梁斜拉橋模型構建[2]，如圖1所示。此后，進行橋面板單節(jié)段、兩節(jié)段、三節(jié)段吊裝張拉三種施工方案下混凝土橋面板和鋼梁內力模擬，以得出主梁節(jié)段內力狀態(tài)。

圖1 有限元模型

（一）應力計算

為進行不同施工方案對結構受力影響的分析，對三種施工方案下有限元模型進行對比計算，得出施工節(jié)段橋面板及主梁應力。根據計算結果，單節(jié)段連續(xù)吊裝施工過程中各梁段橋面板拉壓應力最大值分別位于0.69MPa～0.87MPa和-3.49MPa～-1.69MPa范圍內；主梁拉壓應力最大值依次位于1.31MPa～3.99MPa和-29.1MPa～-18.8MPa范圍內。二節(jié)段連續(xù)吊裝施工過程中各梁段橋面板拉壓應力最大值分別位于1.00MPa～1.59MPa與-3.83MPa～-0.85MPa范圍內；主梁拉壓應力最大值則位于14.7MPa～20.1MPa和-28.5MPa～-17.3MPa范圍內。三節(jié)段連續(xù)吊裝施工過程中各梁段橋面板拉壓應力最大值依次位于1.43MPa～2.06MPa和-3.41MPa～-1.69MPa范圍內；主梁拉壓應力最大值則位于13.3MPa～25.1MPa和-33.6MPa～-18.8MPa范圍內。從應力計算結果可知，施工方案從單節(jié)段連續(xù)吊裝調整為兩節(jié)段和三節(jié)段連續(xù)吊裝后，橋面板與主梁拉應力明顯增大，但因濕接縫在數個節(jié)段吊裝后一次澆筑，接縫處主梁未澆筑混凝土會形成共同受力的聯(lián)合截面[3]，引起其上翼緣和邊緣區(qū)拉應力增大；非濕接縫區(qū)聯(lián)合截面的形成促使混凝土和鋼共同受力。所以，施工方案的調整所引起的應力變化并不大。

（二）三節(jié)段連續(xù)吊裝施工的可行性

多節(jié)段施工必然降低濕接縫處主梁結構的穩(wěn)定性，增大橋面板開裂風險，為此，必須進行三節(jié)段連續(xù)吊裝施工橋面板最大拉應力和主梁最大壓應力分析。有限元計算結果具體見如圖2和圖3所示。由圖中結果可以看出，三節(jié)段連續(xù)吊裝施工過程中，在主梁濕接縫澆筑前，主梁截面突變處橋面板拉應力較大，且隨節(jié)段數量的增多，拉應力呈先增后降的趨勢；臨近塔方向的橋面板拉應力累計值為2.08MPa，超過了1.9MPa的抗拉強度值，此后隨著節(jié)段數量的增多而持續(xù)下降；當結束預應力張拉后橋面板負彎矩及主梁拉應力均明顯降低。故該組合梁斜拉橋采用三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案切實可行。

圖2 三節(jié)段連續(xù)吊裝施工時橋面板拉應力

圖3 三節(jié)段連續(xù)吊裝施工時鋼主梁壓應力

（三）斜拉索索力受施工方案調整的影響

原施工方案的斜拉索索力主要針對單節(jié)段連續(xù)吊裝，而在采用三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案下，成橋后的斜拉索索力、主梁線形及內力必然發(fā)生偏差，故必須進行斜拉索索力初始值的調整。通過分析得知，單節(jié)段、兩節(jié)段及三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案下實際成橋索力和目標索力值的誤差依次為-7%～9%、-10%～9%和-12%～9%，表明施工方案的調整對成橋索力存在影響，為達到成橋內力分布最佳狀態(tài)，應在合龍后二次調索。但是對于索力誤差較小的情況，為減小調索工程量，可不調整索力。

二次索力計算采用迭代法[4]，因邊索對主梁和塔變形量影響較大，為減少總調索量及調索對內力的不利影響，應先調整邊索。初始索力為合龍后斜拉索索力，在經歷收縮徐變及二期恒載作用后的成橋索力和目標索力 的差值為，則首次迭代時第根拉索索力應調整為，根據施工次序依次迭代，則第 根拉索索力調整值為，直至迭代計算至全部的 ＜±5%。最終得出的該組合梁斜拉橋三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案下各拉索二次調索成橋索力的偏差≤-3.8%，符合規(guī)范。

單節(jié)段、二節(jié)段及三節(jié)段連續(xù)吊裝施工二次索力調整值具體如圖4所示，三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案下，大多數拉索索力調整值均小于±300kN，僅少數拉索索力調整值＞±300kN，說明三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案下成橋狀態(tài)合理。

圖4 三節(jié)段連續(xù)吊裝施工索力調整值

四、多節(jié)段連續(xù)吊裝施工要點

五、結語

（一）安裝鋼絞線

加工好的主梁進行疊合施工前應當按照設計要求持續(xù)保存半年，按照設計要求疊合成型后還應以同樣的儲存方式繼續(xù)靜置3個月，期滿后進行結構疊合質量檢測，完全滿足規(guī)范及設計要求后方可正式用于施工。在主梁存放的過程中，很容易因內外部原因而引發(fā)鋼絞線波紋管預留管道堵塞，所以在進行預應力鋼絞線束正式安裝前，應徹底沖洗波紋管預留管道。安裝鋼絞線時，應通過吊機將梁段吊運到安裝結束梁段上方1.0m的位置后暫停，這一位置和高度恰好能滿足施工人員站立作業(yè)的要求。

（二）吊裝鋼梁

待完成節(jié)段初步定位后主要通過200t千斤頂4個、36t千斤頂8個、30t手拉葫蘆的配合調整節(jié)段位置，與此同時，該組合梁斜拉橋鋼梁標高以及軸線、里程則主要通過200t千斤頂，以及36t千斤頂分別進行調整。調整主梁時，應按照先軸線、后里程和標高的次序循環(huán)進行，并待軸線、高差等實際測量結果均符合相關規(guī)范及設計要求后再以相應的方式連接固定。對于該組合梁斜拉橋主梁T01節(jié)段而言，可以此為基準，將千斤頂直接設置于混凝土墩上展開主梁調整施作；在進行標高等施工參數調整時，必須確保千斤頂頂口恰好位于橫隔板和主梁腹板相交的區(qū)域，同時，還應當在千斤頂頂口下增設2塊厚度為20mm的橡膠片；在對該組合梁斜拉橋節(jié)段里程和軸線進行調整時，必須以豎向支座為依托，以焊接在主梁底板處的加勁裝置為受力點，通過頂推方式達到調整目的。

通過以上操作將節(jié)段梁起吊至設計位置后，必須相應進行軸線、標高和里程等參數值的調整，完成后進行尺寸及位置檢測，確保無誤后焊接底板。

（三）張拉斜拉索

該組合梁斜拉橋節(jié)段吊裝過程中主要使用設置在塔端的YDC-650型穿心千斤頂同步進行斜拉索張拉施工，拆除張拉桿或牽引鋼絞線的處理與斜拉索張拉同步進行。首次張拉完成后向前移動橋面吊機至二次張拉施工位置，此后再展開二次張拉；整個張拉過程中必須加強對錨頭伸出量和張拉力等施工參數取值的控制，保證其值完全處于設計范圍，并結合監(jiān)測結果實時調整斜拉索索力，以控制橋梁整體線形。

綜上所述，組合梁斜拉橋施工過程中面臨混凝土橋面板和鋼主梁結合時機的選擇，三節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案因一次性澆筑多道濕接縫，能明顯縮短濕接縫澆筑及等強時間，加快施工進度。從單節(jié)段連續(xù)吊裝施工方案調整為多節(jié)段方案，會引起組合梁斜拉橋成橋后內力偏差，可通過二次調索進行偏差修正，調索前后橋梁內力狀態(tài)的比較，以及施工監(jiān)控結果表明，斜拉橋成橋狀態(tài)合理，施工期間混凝土橋面板應力和鋼主梁應力均處于安全狀態(tài)。